【电机控制】FOC的敲门砖SVPWM的三相正弦波电流采样

       已经有一段时间没写博客了，之前一直在弄有霍尔BLDC的方波控制，年后弄了一下无霍尔的方波，但是电机控制工程师的梦想还是矢量控制，哈哈。前路漫漫，现在各个相关公司已经有了电机控制库，但是我还是想先自己尝试写一下矢量控制，毕竟自己亲手来一遍才清楚其中的奥妙与玄机。

       由简入难，方波搞差不多了，然后就从有霍尔的矢量控制开始做吧。首先就是SVPWM了，SVPWM也没啥好说的，网上大佬们的介绍已经挺多了，我也是按照网上大佬的文章来一步步做的。SVPWM参考博客SVPWM算法原理及详解_qlexcel的专栏-CSDN博客_svpwm，这个作者写得很好，一看就懂，因此，对于SVPWM的配置什么的，就不再赘述，也不是本文的内容。我的SVPWM最终的波形如下，如果有什么错误，还请留言，一起探讨，比较我也是新手。

       在做好SVPWM之后，就是SVPWM产生的三相正弦波的电流采样了，只有电流采样准确，矢量控制的坐标转换才能正确。因此电流采样的重要性不言而喻。

       在做电流采样的时候，可以参考ST的电机库是怎么做的，下面是ST官方的教程文档：

      只看这个文档只能看到ST的大致思路下载一个ST的5.0以上的电机库，生成一下标准工程，看一下生成的CUBEMX里面ST的如何配置的：

　　看到这里大概就知道ST是使用TIM1(PWM定时器)的CH4通道来触发ADC的注入采样。有关注入采样与规则采样的说明，请自行查询手册，之后通过改变通道4的CCR值(占空比)来调节采样点。原则上是每两个PWM周期采样一次(由于SVPWM的产生需要用到中央对齐模式，因此是两个PWM周期)，可以在载波周期的溢出中断里进行电流采样数据的处理，当然，也可以在ADC采样结束的中断里，我用的是F1，因此有注入采样与规则采样，有两种中断，如果是F0，是没有注入采样的，只能是规则采样。

        根据我实际的情况，触发注入采样，我是真的搞不出来，真是难受啊，也许是我太蠢，因此我实际的ADC采样操作麻烦了许多，我用了TIM1的CH4配置为PWM1模式，用TIM1的4通道的上升沿来触发另一个从定时器TIM3，TIM3配置为复位模式，然后将TIM3的一个通道配置为PWM2模式，使用TIM3的上升沿去触发ADC的规则采样。不要问我为什么绕了一大圈，因为TIM1的CH4通道不能触发ADC的规则采样。手册如下：

      虽然很麻烦，但我还是成功了，具体使用定时器去触发ADC采样的其他细节，可以查看我之前的博客。因为我使用了6个ADC通道，因此3个配置为规则采样，为了不耽误电流采样，其他3个就配置到注入采样，把注入采样配置为自动注入，也就是说，在规则采样完成后，会自动触发注入采样：

       我的ADC配置如下：

      然后就是采样点的选取了，一般操作就是在SVPWM周期里，三相上管全关闭，三相下管全打开的状态，也就是U0状态时进行采样，由于电流的感性作用，在上管全部关闭时，电流不会发生突变，电流方向不变，因此至少会有一相的电流是从GND向上走的。

    具体关于电流采样的几种方案的分析，可以参考这篇文档：FOC 电流采样方案比较 &＃8211; 百度文库

    采样点示意如图：

        当然，在配置TIM1-CH4的CCR时，要注意一些时间延迟，要包括每次PWM打开或关断的干扰时间以及ADC采样需要耗费的时间，这个根据自己的情况进行配置。

        在最开始的时候，我以为上管打开时间最长的那一相是正电流(由GND向上流向电机)，其他两相时候是负电流(由电机流向GND)，（这个方向可以自己定义，自己明白就行），只有当T4=0时，也就是说有两相是上管打开时间一样长时会有两相负电流，根据这个错误思路，我就认为采样电阻只需要加运放电路就行，不需要加偏移电路(我后面得知，有高手是这样做的，而且成功计算了FOC，当然我现在还不是高手)，当我满怀信心将采集到的电流数据打印出来的时候，看到的波形是这样的：

    这一段平的0电流令我着实费解，还以为是ADC采集没有配置对，在思索了一天之后，对照simlink的仿真波形：

     看了好一会这个simlink的仿真波形，才恍然大悟，正常的三相正弦波电流应该是有一段时间是两相负电流，也就是说，因为有了两相负电流，所以才会有那一段平的0电流，另外一相因为是根据 Ia + Ib + Ic = 0;所以也就变成了镜像的电流波形，这样一切都解释通了。那么就是增加偏移电路了，其实也就是把运放加入一个加法器，我是构造了一个0.1V的偏移电压，在加入偏移电路之后，更改程序，采样，观察波形，波形比较乱，是这样的：

    大概形状倒是有了，但是怎么看怎么不对劲啊，这种波形能做FOC吗？我的首先思路是加滤波，卡尔曼，互补滤波这种效果好是好，然而计算量好像有点大啊，最终还是加了滑动窗口滤波，这个滤波方法还是比较好的，有多次平均的效果，而且计算量小，每次只需加上新数据，减去旧数据，在求平均就行。在调了一会滑动窗口滤波之后，波形好了一些：

     但是感觉还有不太对啊，这样做延迟好像有点高啊，看别人的操作都是采集完数据就直接用了啊，肯定是我哪里不对，不应该加滤波，或者说不应该加过多的滤波。之后便测了偏移电压，怀疑是偏移电压波动带来的采集波动，果然，我的猜测是对的，在电机运转的时候，偏移电压的波动增大了很多，这样的话，那我用固定的偏移电压ADC值来求真实的电流值肯定是不对的。既然这样，我突然想到，为啥不软件构造一个动态的偏移电压的ADC值？三相电流的ADC值相加是3倍的偏移电压ADC值的数学关系啊！按照这个思路，我更改了程序，减小了滤波，波形就很正常了：

     当然，这种方法在之后的进度中还需要测试，还需要再研究别人的算法，在自己真正过了一遍FOC之后，再研究一下那些大佬不用偏移电路是怎么做的。